Seperti biasa, IEEE memanfaatkan piawaian sedia ada untuk menjalin laluan ke 400 Gbps. Sifat utama dan batasan kadar data semasa ialah kadar siri tunggal lorong yang boleh dicapai dengan teknologi elektrik semasa. Dengan piawaian 100 Gbps Ethernet terkini yang berdasarkan empat lorong selari 25 Gbps, ini terbukti menjadi titik permulaan semula jadi untuk pembangunan 400 Gbps. Walau bagaimanapun, satu kaedah untuk meningkatkan kadar data lorong kepada 50 Gbps jelas diperlukan untuk 400 Gbps, dan dengan kerja yang sedang berjalan untuk mencapai lorong optik 100 Gbps, dengan menggunakan pencapaian baru ini akan membuktikan kelebihan yang besar untuk 400 Gbps Ethernet.

Terdapat beberapa cara untuk memenuhi objektif 400 Gbps sambil masih mempertimbangkan pelbagai pertimbangan dan keperluan industri rangkaian. Dengan standard 400 Gbps yang mengehadkan media fizikal hanya untuk gentian optik multimode dan satu mod, jelaslah bahawa bilangan gentian dalam pautan akan menjadi isu utama. Serat selari pelbagai dikenali sebagai penyelesaian yang boleh diterima untuk pautan jarak pendek sehingga 500 m, tetapi tidak untuk panjang kabel yang lebih panjang (2 hingga 10 km) di mana kos menjadi berlebihan. Walau bagaimanapun, kadar data 400 Gbps dengan jalur selari 16 x 25 Gbps memerlukan 32 gentian setiap pautan untuk menghantar dan menerima. Apabila membangunkan satu set spesifikasi untuk 400 Gbps, pasukan tugas IEEE telah menggunakan beberapa teknologi dan kaedah untuk menentukan penyelesaian kos efektif yang boleh diterima untuk kedua-dua gentian multimode jangka pendek dan gentian single-mode jarak jauh menggunakan pelbagai serat dan kadar garisan. Sebagai tambahan, satu set 200 piawaian Gbps berdasarkan piawaian 400 Gbps juga dinyatakan sebagai laluan penghijrahan praktikal kepada 400 Gbps.

Standard 400 Gbps dan 200 Gbps

Dengan kadar lorong 50 Gbps menjadi asas asas untuk mencapai 400 Gbps, keputusan utama pertama adalah mengubah skema pengekodan isyarat. Sehingga kini, semua piawaian Ethernet telah menggunakan kaedah Non-Return-to-Zero (NRZ) sederhana untuk mengodkan aliran data binari ke dalam isyarat elektrik yang boleh ditransmisikan. Untuk mencapai kadar data lorong yang lebih tinggi, skema pengekodan yang dikenali sebagai Modulasi Amplitud Pulse Amplitude 4 (PAM4) perlu digunakan, yang berkesan menggandakan jumlah data yang dihantar dalam jumlah masa yang sama.

Jika anda memikirkan data binari yang diwakili oleh isyarat dengan dua tegasan, satu voltan untuk "0" dan voltan lain untuk "1", maka ini menerangkan kaedah pengekodan NRZ. Untuk pengekodan PAM4, isyarat mempunyai empat tahap voltan, yang mengodkan dua bit biner bagi satu tahap voltan. Kaedah yang dikenali sebagai "pengkabelan Grey" menggabungkan pasangan bit paling ketara (MSB) dan sedikit ketara (LSB) dalam aliran data ke dalam salah satu daripada empat paras voltan. Pengekodan kelabu membantu mengurangkan ralat bit dalam isyarat yang disebabkan oleh bunyi amplitud voltan. Adalah mudah untuk melihat bagaimana dengan dua bit data dipetakan ke satu tahap voltan, dua kali ganda maklumat boleh dihantar dalam jumlah masa yang sama.

IEEE menyelesaikan standard 802.3bs (IEEE Std 802.3bs-2017) untuk 200 Gbps dan 400 Gbps Ethernet dengan melaksanakan gabungan pengekodan PAM4 dan beberapa lorong selari. Spesifikasi meliputi pelbagai mod serat optik multimode dan tunggal yang berjalan dari 70 m hingga 10 km. Jadual berikut merangkumi varian Ethernet PHY untuk 400 Gbps dan 200 Gbps.

Spesifikasi 400GBASE-SR16 menyokong 16 gentian multimode pada 25 Gbps menggunakan pengekodan NRZ, yang berarti jumlah transmisi dan menerima serat dalam suatu tautan akan menjadi 32. Opsi 400GBASE-DR4 menyokong kelajuan 100 Gbps kontroversi dari empat serat mod tunggal , tetapi hanya boleh mencapai 500 m. Varian dupleks serat, 400GBASE-FR8 dan 400GBASE-LR8, kedua-duanya menggunakan multiplexing-division division (WDM) untuk menghantar lapan lorong ke atas lapan gelombang panjang yang berlainan pada gentian single-mode untuk mencapai sehingga 10 km. Spesifikasi 200 Gbps pada dasarnya mengikutnya untuk 400 Gbps, tetapi menggunakan empat lorong 50 Gbps dalam satu atau empat gentian mod tunggal.

Modul dan Kabel Pluggable

Untuk menggunakan peralatan yang menyokong standard 400 Gbps Ethernet baru, modul, penyambung, dan kabel yang baru diperlukan jelas. Pelabuhan 400GBASE-SR16 memerlukan penyambung dan kabel 32 gentian, dan varian 400GBASE-DR4 menggunakan kadar isyarat elektrik yang lebih tinggi sebanyak 56 Gbps.

Penyambung 100 Gbps QSFP28 biasa menyokong empat lorong 25 Gbps dengan kadar isyarat elektrik 28 Gbps. Itulah lapan serat untuk menghantar dan menerima, yang disokong oleh penyambung MPO serat 12 (pelbagai serat menolak) dan kabel yang kini digunakan untuk 100 Gbps. Jelas, penyambung dan kabel MPO serat 12 akan menyokong varian 400GBASE-DR4 dan 200GBASE-DR4 dalam standard 802.3bs. Varian lain yang hanya menggunakan dua gentian dalam pautan boleh menggunakan penyambung dan kabel duplex-LC biasa. Itu meninggalkan MPO serat 32 sebagai pembangunan baru khusus untuk standard 400 Gbps Ethernet.

Penyambung MPO serat 12 menyusun gentian dalam satu baris di antara dua pin penjajaran. Untuk MPO serat 32 terdapat dua baris serat 16, yang menjadikan penyambung baru tidak serasi dengan MPO serat 12. Oleh itu, penyambung MPO 32 serat telah dipilih dengan berbeza dari MPO serat 12 untuk mengelakkan transceiver dan kabel yang disambungkan dengan salah.

Dengan perkembangan isyarat yang lebih cepat, lebih banyak lorong, dan lebih banyak serat, faktor bentuk penerima transceiver diperlukan untuk 400 Gbps Ethernet. Selalu ada cabaran dan tradeoffs yang perlu dipertimbangkan ketika cuba untuk meletakkan lebih banyak komponen yang menghilangkan lebih banyak kuasa menjadi modul kecil. Seperti halnya standard Ethernet sebelumnya, beberapa faktor bentuk penerima transceiver telah muncul untuk 400 Gbps Ethernet:

• CFP8 - Faktor bentuk besar. Ketumpatan pelabuhan yang rendah. Pengurusan terma yang baik.

• OSFP - Direka untuk isyarat optimum dan prestasi terma. Faktor bentuk yang tidak serasi.

• QSFP-DD - QSFP "kepadatan dua". Serasi belakang dengan 100 GbpS dan 40 Gbps Ethernet. Ketumpatan pelabuhan tinggi.

• COBO - Modul optik dalam papan, yang bukan penerima transceiver. Ketumpatan pelabuhan tertinggi.

Didorong oleh peningkatan permintaan pusat data awan, evolusi standard Ethernet telah mencapai kadar data yang luar biasa 400 Gbps dengan pantas. Dengan menggunakan skema pengekodan baru dan kadar isyarat yang lebih tinggi, standard 400 Gbps Ethernet menandakan pemecahan ketara dari piawai masa lalu dan menetapkan laluan ke arah kelajuan yang lebih pantas pada masa hadapan. Standard baru 400 Gbps dan 200 Gbps termasuk pilihan gentian optik multimod dan mod tunggal yang berjalan dari 70 m hingga 10 km. Piawaian ini meliputi pelbagai aplikasi jangka pendek dan jarak jauh yang efektif dan telah disokong oleh beberapa faktor-faktor, penerima, dan penyambung yang baru.

Oleh kerana peralatan baru 400 Gbps tersedia, anda boleh mengharapkan untuk melihatnya dengan cepat menggunakan pusat data, akses pembawa, dan rangkaian pembekal perkhidmatan di seluruh dunia. Jalur lebar tambahan yang sangat diperlukan akan memberi rangsangan apabila trafik rangkaian terus meningkat tahun ke tahun. Walau bagaimanapun, pembangunan Ethernet tidak akan berhenti di sana. Kumpulan kerja New Ethernet sudah berusaha untuk mempercepatkan kelajuan dan faktor-faktor yang lebih ekonomik, bentuk kompak yang akan seiring dengan tuntutan industri masa depan.

Dari 400 Gbps hingga 800 Gbps

Laporan baru-baru ini yang diterbitkan oleh Dell'Oro Group menyatakan bahawa 400 Gbps dijangka terdiri daripada 20 peratus daripada hasil penukaran pusat data menjelang 2020. Menurut kumpulan penyelidikan, kelajuan tinggi - 100 Gbps, 200 Gbps, 400 Gbps dan 800 Gbps - adalah semua ramalan untuk memacu pertumbuhan ketara dalam tempoh lima tahun akan datang. Mungkin tidak menghairankan, pusat data awan dijangka memainkan peranan penting dalam melompat laju yang akan datang untuk rangkaian (dari 100 Gbps hingga 400 Gbps).

Sementara itu, laporan pasaran yang dikeluarkan oleh 650 Kumpulan mengesahkan bahawa 200 Gbps, 400 Gbps dan 800 Gbps semuanya akan dihantar dalam tempoh lima tahun akan datang - dengan yang terakhir dijangka melonjak awal dekad akan datang.

"Gelombang pertama 200 Gbps dan 400 Gbps akan melanda pasaran pada awal tahun 2018 kerana pasaran suis Ethernet mengembang bilangan kelajuan pelabuhan hanya tiga tahun sejak kemunculan teknologi utama yang terakhir," kata Alan Weckel, Pengasas dan Penganalisis Teknologi di 650 Kumpulan. "Kedua-dua 200 Gbps dan 400 Gbps akan muncul daripada teknologi 50 Gbps SerDes yang diumumkan pada tahun 2017. Inovasi yang pesat didorong bukan hanya oleh penambahbaikan teknologi yang mengagumkan, tetapi oleh Perisian Defined Networks (SDN) yang membolehkan awan lebih baik menggunakan mengira dan sumber rangkaian sebagai pelupusan mereka. "

Menguji 400 Gbps, melihat 1.6 Tbps

Menurut Ronen Isaac dari Sistem Embedded Tentera, industri kini sedang menguji dan mengesahkan teknologi yang akan membawa kelajuan sehingga 400 Gbps dan seterusnya.

"Antara 2018 dan 2020, 50 Gbps dan 200 Gbps akan diuji dan diterima pakai. Beribu-ribu pelayan 25GbE dan pelayan 50GbE di pusat data skala besar, seperti penyedia perkhidmatan awan, akan memacu keperluan 400GbE ke rangkaian kawasan metropolitan (MAN) dan rangkaian kawasan luas (WAN), "katanya. "Di masa depan yang tidak terlalu lama, ujian akan bermula pada 200 Gbps, 8000 Gbps, dan kadar kelajuan data yang hebat sebanyak 1 Tbps dan 1.6 Tbps dengan ujian yang diharapkan dan pengesahan standard menjelang tahun 2020."

Kesimpulannya

Ethernet cepat bergerak dari 40Gbps ke 100Gbps ke 400Gbps, dengan itu memacu beberapa inisiatif dan perkembangan baru SerDes. Malah, 25Gbps SerDes berkhidmat sebagai penggerak utama untuk 100Gbps Ethernet, dengan industri itu dijangka mula memanfaatkan 50Gbps SerDes untuk 400Gbps Ethernet sebelum beralih ke teknologi Seratus 100Gbps.

Pada masa yang sama, teknologi SerDes beralih dari NRZ ke PAM4 kerana ia mempercepat dari 25Gbps ke 50Gbps. Ini telah mendorong sejumlah perubahan seni bina, termasuk penggantian analog tradisional dengan ADC + DSP untuk membantu memenuhi sasaran prestasi dan mengekalkan sampul kuasa / kawasan yang serupa.